Materiali fatti di molecole macroscopiche: dai granulari alla materia attiva

Abstract

La Meccanica statistica è nata per descrivere sistemi fatti di molte molecole, provando a dedurre le leggi della materia che emergono dalle proprietà dei singoli costituenti. Negli ultimi decenni questa disciplina ha imparato a trattare sistemi in cui le unità elementari non sono più molecole ma particelle macroscopiche: l'esempio principale che descriviamo qui è la cosiddetta materia granulare, formata da grani di dimensioni millimetriche. Un materiale granulare può presentarsi in fasi simili a quelle di un materiale molecolare: solida, liquida o gassosa, ma le leggi che governano questi stati e le transizioni tra esse sono ancora poco comprese e riservano numerose sorprese. Un ruolo essenziale nella Fisica dei materiali granulari è giocato dagli attriti, ovvero l'inevitabile conversione dell'energia dalla scala macroscopica a quella microscopica. Un granulare sottoposto a vibrofluidizzazione diventa quindi un esempio naturale di sistema stazionario fuori dall'equilibrio termodinamico, in cui si può osservare l'emergere spontaneo di ordine sotto forma di fenomeni convettivi, separazione di fase, segregazione, e effetti motore. In questa breve rassegna di fenomeni e teorie granulari, accennerò anche alle numerose analogie con i sistemi attivi, formati da particelle dotate di auto-propulsione, quali i batteri e gli uccelli.